程玉貴,閆洪勇,高繼錄,張守恒
(1.神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 葫蘆島 125222;2.遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006)
800 MW機組低溫再熱器內(nèi)壁腐蝕原因分析及治理
程玉貴1,閆洪勇1,高繼錄2,張守恒1
(1.神華國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 葫蘆島 125222;2.遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006)
針對綏電公司2×800 MW超臨界機組鍋爐出現(xiàn)的低溫再熱器管路內(nèi)壁腐蝕問題進行了詳細(xì)介紹,分析了產(chǎn)生腐蝕的原因,并針對所采取的防腐蝕措施進行闡述,經(jīng)驗證所采取的防腐措施效果明顯,能為電站鍋爐防止低溫再熱器腐蝕提供借鑒。
鍋爐;低溫再熱器;內(nèi)壁腐蝕;原因分析;治理措施
火力發(fā)電廠的鍋爐汽水管道、汽輪機、凝汽器、給水泵等都是受腐蝕影響較嚴(yán)重的設(shè)備,溶解氧腐蝕是熱力設(shè)備常見的一種腐蝕形式[1-4]。溶解氧腐蝕是指腐蝕微電池的陰極過程為溶解在溶液中的氧而發(fā)生還原反應(yīng) (生成OH-或H2O)的一種腐蝕。熱力設(shè)備在安裝、運行和停備期間都可能發(fā)生氧腐蝕,其中以鍋爐在運行和停運期間的氧腐蝕最為嚴(yán)重[5-6]。對于低溫段再熱器,在現(xiàn)行的化學(xué)、金屬監(jiān)督規(guī)程中均沒有監(jiān)督規(guī)定,本文針對綏電公司低溫再熱器氧腐蝕現(xiàn)象,采取了行之有效的措施。
綏電公司一期工程是俄羅斯生產(chǎn)的ПП-2650-25-545KT型超臨界中間再熱直流鍋爐,于2000年投產(chǎn)運行,至發(fā)生腐蝕泄漏累計運行約8萬h。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。鍋爐在爐膛上部及水平煙道沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾糜腥?、一級屏式過熱器、二、三級屏式過熱器、費斯頓Ⅰ、高溫段過熱器、費斯頓Ⅱ、高溫段再熱器和費斯頓Ⅲ,在對流豎井煙道內(nèi)沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾玫蜏囟卧贌崞骱褪∶浩?。低溫再熱器入口?lián)箱規(guī)格為D377 mm×20 mm,材質(zhì)為12Cr1MoV,介質(zhì)溫度為296℃,壓力為3.89 MPa;低溫再熱器管路規(guī)格為D50 mm×4 mm,材質(zhì)為12Cr1MoV,介質(zhì)溫度為372℃,壓力為3.84 MPa。
表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)
2010年4月,綏電公司1號鍋爐豎井內(nèi)部受熱面泄漏,在1號機組備用停運后,確認(rèn)為A側(cè)豎井前數(shù)第5個聯(lián)箱、內(nèi)側(cè)前數(shù)第13排低溫再熱器管路泄漏,割管后檢查發(fā)現(xiàn)泄漏原因為管內(nèi)壁腐蝕 (見圖1、圖2)。隨后,在1號機組停備、C級檢修及2號機組停備期間,對整個低溫再熱器管排進行檢查,采取導(dǎo)波抽查和割管檢查對2臺機組低溫再熱器進行腐蝕情況檢查,發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕情況較嚴(yán)重,已經(jīng)威脅到機組的安全運行。通過歸納,管路腐蝕分布有如下特征。
a. 腐蝕管路最嚴(yán)重的位置在再熱器蛇形管排的彎頭部位,向水平直管方向逐步減輕。
b. 再熱器蛇形管排4條管束的最下層管束腐蝕嚴(yán)重,其上面3層較輕。
c. 再熱器下體腐蝕嚴(yán)重,檢修空間上體有輕微腐蝕。
d. 2臺鍋爐的1、2流道,對應(yīng)A側(cè)第5、6、7、8聯(lián)箱管路腐蝕較其它位置嚴(yán)重。
e. 2臺機組腐蝕程度:1號鍋爐2 560根低溫再熱器入口聯(lián)箱處管子導(dǎo)波檢查發(fā)現(xiàn),壁厚腐蝕深度小于0.5 mm的26根,大于0.5 mm的60根,共86根;2號鍋爐2 560根低溫再熱器入口聯(lián)箱處管子導(dǎo)波檢查發(fā)現(xiàn),壁厚腐蝕深度小于等于0.5 mm的10根,0.5~1.5 mm的80根,共90根。
低溫再熱器管泄漏部位及內(nèi)壁腐蝕情況如圖1~圖4所示。泄漏點外壁無變形及壁厚減薄現(xiàn)象,見圖1。內(nèi)壁可見潰瘍狀腐蝕坑,腐蝕坑大多在彎管內(nèi)壁一側(cè)中性面附近,腐蝕坑由內(nèi)壁向外壁發(fā)展。管子內(nèi)壁呈棕紅色,腐蝕坑處呈黑色,見圖2~圖4。腐蝕宏觀特征類似于鍋爐管溶解氧電化學(xué)腐蝕。
在腐蝕坑處取樣進行金相檢驗,腐蝕坑邊緣未見氧化層及脫碳現(xiàn)象,金相組織結(jié)構(gòu)見圖5。基體組織為網(wǎng)狀鐵素體加貝氏體,見圖6?;w夾雜物見圖7,按GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》評定,DS(單顆粒球狀類)為2級。
圖1 再熱器管泄漏點外壁形貌
圖2 再熱器管泄漏點內(nèi)壁形貌
圖3 再熱器管內(nèi)壁腐蝕坑
圖4 腐蝕坑沿管壁向外發(fā)展
圖5 腐蝕坑邊緣組織
對黑色腐蝕坑處及內(nèi)表面棕紅色平整區(qū)域進行掃描電鏡微區(qū)能譜分析。黑色腐蝕坑處主要成分為O、Fe,還有微量的 Al、Si、Na、Cr及 Mo。內(nèi)表面棕紅色平整區(qū)主要成為分O、Fe,未見其它元素。微區(qū)能譜檢驗結(jié)果表明,該腐蝕屬于氧腐蝕。
圖6 基體組織
圖7 基體夾雜物
清河、撫順、通遼等多家電廠都曾發(fā)生過低溫再熱器積水腐蝕問題,主要是由于停爐期間系統(tǒng)抽真空沒有達(dá)到預(yù)期效果,低溫再熱器管子內(nèi)存有大量的濕蒸汽,冷卻后凝結(jié)成水。停爐后管道、閥門檢修時冷空氣進入低溫再熱器系統(tǒng)的影響極小,可忽略不計。綏電公司停機時鍋爐系統(tǒng)采用關(guān)門方式抽真空,布置在鍋爐尾部低溫再熱器內(nèi)的濕蒸汽不能有效抽走,盡管抽真空時間很長,但效果不太好,造成大量濕蒸汽存留,冷凝成水。1號機組停機后,鍋爐低溫再熱器割管檢查發(fā)現(xiàn)有大量濕蒸汽,對其進行了驗證。
通過對腐蝕管路內(nèi)壁腐蝕坑形貌特征及試驗分析,判定低溫再熱器腐蝕原因主要是停爐期間低溫再熱器管保護不當(dāng),造成管路內(nèi)積水而引發(fā)的溶氧性電化學(xué)腐蝕。鍋爐在停機期間,如不采取相應(yīng)的保護措施或保護措施不當(dāng),再熱器管內(nèi)蒸汽排放不凈,會有局部凝結(jié)水殘留,如管路系統(tǒng)密封不嚴(yán),管內(nèi)會充滿潮濕空氣,某些部位在短期內(nèi)就會引發(fā)溶解氧電化學(xué)腐蝕,現(xiàn)場割管檢查時發(fā)現(xiàn)管路內(nèi)有積存凝結(jié)水流出。
鋼材在冶煉、軋制過程中有夾雜物,其電極電位高于基體,電極電位較高的雜質(zhì)成為陰極,電極電位較低的金屬成為陽極,產(chǎn)生的電位差引起電子從陽極向陰極運動。如果鍋水中有溶解氧,溶解氧會不斷從陰極吸收電子,使陽極不斷有電子向陰極運動,而陽極上的鐵離子不斷移入鍋水,腐蝕不斷加劇。
根據(jù)實際經(jīng)驗,停用鍋爐爐管內(nèi)相對濕度大于20%,會引發(fā)溶解氧腐蝕,濕度越大,腐蝕速度越快。鍋水中氯離子含量高、管壁積垢處、管子內(nèi)壁應(yīng)力較大、材質(zhì)不好及經(jīng)受冷加工變形區(qū)域、氧氣容易集聚處都會引發(fā)溶解氧電化學(xué)腐蝕破壞。
1號鍋爐低溫再熱器管路發(fā)生泄漏后,當(dāng)判定泄漏是由管路腐蝕導(dǎo)致,隨即安排了割管擴大檢查,發(fā)現(xiàn)腐蝕比例較大,此時面臨是否進行大面積換管。導(dǎo)波無損檢測技術(shù)能夠?qū)苈穬?nèi)壁及母材進行缺陷檢測,并能對內(nèi)部腐蝕的嚴(yán)重程度進行判斷,通過此檢測措施,為優(yōu)化檢修方案開辟了新途徑。但導(dǎo)波檢測費用高,綜合設(shè)備安全性、工期、費用等因素,采取了如下檢修方案。
a. 采取導(dǎo)波檢測和割管檢查相結(jié)合的方式,在檢測的管路中抽取部分管路進行割管檢查,根據(jù)具體情況調(diào)整檢測精度等級,提高檢測準(zhǔn)確度。
b. 首先對鍋爐16個聯(lián)箱 (單臺鍋爐)對應(yīng)管排各抽取50排的4個管束,上下體進行檢測,初步判斷腐蝕分布情況。
c. 通過對全爐腐蝕分布情況的判斷,決定對腐蝕嚴(yán)重的下體再熱器蛇形管排入口聯(lián)箱處2 560根彎頭進行全面檢測,對超標(biāo)的管路進行更換。
d. 對上體再熱器管路、腐蝕輕微的下體再熱器管路設(shè)置監(jiān)督管段,跟蹤腐蝕發(fā)展趨勢。
a. 采用開門抽真空方式。停機后打開低溫再熱器系統(tǒng)空氣門、再熱器安全門聯(lián)箱的2個空氣門和汽—汽交換器的2個空氣門進行抽真空。
b. 保證再熱器抽真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性,連續(xù)抽真空8 h,抽真空過程中監(jiān)視各受熱面金屬溫度,發(fā)現(xiàn)降溫過快時進行及時調(diào)整。
c. 停爐過程中應(yīng)盡量降低豎井內(nèi)的溫降速度,避免管路內(nèi)蒸汽遇低溫快速冷凝。
d. 停爐后定期對抽真空過程中打開的4個空氣門的管座進行金屬探傷檢驗,防止或及時消除該管座因降溫過快造成的缺陷和隱患。
e. 將低溫再熱器割管取樣分析列入化學(xué)及金屬監(jiān)督項目,在機組檢修中進行割管取樣分析,并及時評估。
綏電公司在發(fā)現(xiàn)低溫再熱器管路腐蝕問題后,進行了深入分析研究,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,采取了一系列措施,取得較好效果。檢修方面,采用導(dǎo)波無損檢測方式,并進行割管檢查以提高準(zhǔn)確性,優(yōu)化檢修策略;停爐防腐方面,采取開門抽真空方式,通過停爐后實際割管驗證,管路內(nèi)蒸汽及積水明顯減少,防止管路內(nèi)積水措施非常有效,能夠解決低溫再熱器管路內(nèi)壁溶解氧電化學(xué)腐蝕問題。
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Reason Analysis on Inner Wall Corrosion and Countermeasure of Low Temperature Reheater in 800 MW Unit
CHENG Yu-gui1,YAN Hong-yong1,GAO Ji-lu2,ZHANG Shou-heng1
(1.Shenhua Guohua Suizhong Power Co.,Ltd.,Huludao,Liaoning 125222,China;
2.Electric Power Research Institute of Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Shenyang,Liaoning 110006,China)
Inner wall corrosion problem of low temperature reheater for 2×800 MW supercritical boiler in Suizhong power plant is introduced,and the reasons of corrosion are analyzed.Treatment measures on corrosion pipeline and anti-corrosion measures on corrosion reason are given.Practice shows that effect of anti-corrosion measures is obvious.The paper can provide good reference for corrosion prevention of low temperature reheater in power station boiler.
Boiler;Low temperature reheater;Inner wall corrosion;Reason analysis;Countermeasure
TK223
A
1004-7913(2013)03-0041-04
程玉貴 (1980—),男,學(xué)士,工程師,主要從事大型火力發(fā)電廠設(shè)備管理工作。
2012-12-16)